第18章 原子结构

1、思考思考2： 金属板金属板D1D2之间未加电场时射线不偏转，射在屏上的之间未加电场时射线不偏转，射在屏上的P1点，按图示方向加电场点，按图示方向加电场E之后，射线发生偏转并射到屏上的之后，射线发生偏转并射到屏上的P2点，由此推断阴极射线带有什么性质的电荷？点，由此推断阴极射线带有什么性质的电荷？问题问题1: 在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面向在平行板区域加一磁场且磁场方向必须垂直纸面向外，当满足条件外，当满足条件 时，则阴极射线不发生偏转，时，则阴极射线不发生偏转，则：则： qEBq 0vBE 0v 为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域应采取什为使阴极射线不发生偏转，在平行极板区域

2、应采取什么措施？么措施？ 1、若撤去磁场、若撤去磁场,带电粒子由带电粒子由P1点偏离到点偏离到P2，P2到到P1竖直距离为竖直距离为y,屏幕到金属板屏幕到金属板D1、D2右端的距离为右端的距离为D，你，你能算出阴极射线的荷质比吗？能算出阴极射线的荷质比吗？emy1y2 LD v0y200vvvvmqELattanxy )2(tanLDy 又因为：又因为： LBLDEymq2)2( BE 0v且且 化简得：化简得： 2、利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据、利用磁场使带电的阴极射线发生偏转，能否根据磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计算阴极射磁场的特点和带电粒子在磁场中的运动规律来计

3、算阴极射线的荷质比？线的荷质比？荧荧光光屏屏 LD v0P2 阴极射线打在屏上的阴极射线打在屏上的P2点，只要测出粒子打到屏点，只要测出粒子打到屏上的速度方向（与水平方向的夹角上的速度方向（与水平方向的夹角）由图可知：）由图可知： cosLR cosLqBmv LBEmq2cos 质质质质mqmq2000 C.e191060221 kg.m311010949 电子电子正电荷正电荷“枣糕模型枣糕模型”欧内斯特欧内斯特卢瑟福卢瑟福1871-19371、他关于、他关于放射性的研究放射性的研究确立了放射性是发自原子内确立了放射性是发自原子内部的变化。为开辟原子物理学做了开创性的工作。部的变化。为开辟原

4、子物理学做了开创性的工作。2、1909年起，卢瑟福根据年起，卢瑟福根据a粒子散射试验现象提出粒子散射试验现象提出原子核式结构模型。把原子结构的研究引上了正原子核式结构模型。把原子结构的研究引上了正确的轨道，被誉为确的轨道，被誉为原子物理学之父原子物理学之父。 3、1919年，卢瑟福做了用年，卢瑟福做了用粒子轰击氮核的实验，粒子轰击氮核的实验，从而从而发现了质子。发现了质子。 4、用粒子或、用粒子或射线轰击原子核来引起核反应射线轰击原子核来引起核反应实现人实现人工核反应工核反应，成为人们研究原子核和应用核技术的，成为人们研究原子核和应用核技术的重要手段。重要手段。 在卢瑟福的悉心培养下，他的学生

5、和助手有多人获得在卢瑟福的悉心培养下，他的学生和助手有多人获得了诺贝尔奖金：了诺贝尔奖金：1921年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；年，卢瑟福的助手索迪获诺贝尔化学奖；1922年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖；年，卢瑟福的学生阿斯顿获诺贝尔化学奖； 1922年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的学生玻尔获诺贝尔物理奖；1927年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的助手威尔逊获诺贝尔物理奖；1935年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的学生查德威克获诺贝尔物理奖；1948年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；年，卢瑟福的助手布莱克特获诺贝尔物理奖；19

6、51年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同获年，卢瑟福的学生科克拉夫特和瓦耳顿，共同获得诺贝尔物理奖；得诺贝尔物理奖；1978年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。年，卢瑟福的学生卡皮茨获诺贝尔物理奖。 19091911年，英国物理学家卢瑟福和他的助手年，英国物理学家卢瑟福和他的助手们进行了们进行了粒子散射实验。粒子散射实验。 整个实验在真空中进行。整个实验在真空中进行。 金箔很薄，金箔很薄， 粒子（粒子（4 42 2HeHe）很容易通过很容易通过 1、粒子射入金箔时粒子射入金箔时难免与电子碰撞。难免与电子碰撞。试估计试估计与电子的碰撞对与电子的碰撞对粒子速粒子速度的影响。度的影响。 2、按

7、照汤姆孙枣糕原子、按照汤姆孙枣糕原子模型，模型，粒子穿过金箔，受到粒子穿过金箔，受到电荷的作用力后，沿哪些方向电荷的作用力后，沿哪些方向前进的可能性较大，最不可能前进的可能性较大，最不可能沿什么方向前进。沿什么方向前进。1、在原子中心有一个很小的核，叫原子核、在原子中心有一个很小的核，叫原子核2、原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里、原子全部正电荷和几乎全部质量都集中在原子核里3、带负电的电子在核外空间绕着核旋转、带负电的电子在核外空间绕着核旋转 根据卢瑟福的原子核式模型和根据卢瑟福的原子核式模型和粒子散射的实验粒子散射的实验数据，可以推算出各种元素原子核的电荷数，还可以数据，可以推算

8、出各种元素原子核的电荷数，还可以估计出原子核的大小。估计出原子核的大小。 原子的半径约为原子的半径约为10-10m、原子核半径约是、原子核半径约是10-15m，原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。原子核的体积只占原子的体积的万亿分之一。 原子核所带原子核所带正电荷数正电荷数与核外与核外电子数电子数以及该元素在以及该元素在周期表内的周期表内的原子序数相等原子序数相等。 电子绕核旋转所需电子绕核旋转所需向心力向心力就是核对它的库仑力。就是核对它的库仑力。练习练习1：在用在用粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到粒子轰击金箔的实验中，卢瑟福观察到的的粒子的运动情况是（粒子的运动情况是（ ） A、全部

9、、全部粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进 B、绝大多数、绝大多数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回进，少数发生较大偏转，极少数甚至被弹回 C、少数、少数粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，粒子穿过金属箔后仍按原来的方向前进，绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回绝大多数发生较大偏转，甚至被弹回 D、全部、全部粒子都发生很大偏转粒子都发生很大偏转B练习练习2：卢瑟福卢瑟福粒子散射实验的结果（粒子散射实验的结果（ ） A、证明了质子的存在、证明了质子的存在 B、证明了原子核是由质子和中子组成的、证明了原

10、子核是由质子和中子组成的 C、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在、说明原子的全部正电荷和几乎全部质量都集中在一个很小的核上一个很小的核上 D、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动、说明原子的电子只能在某些不连续的轨道上运动C练习练习3：当当粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹粒子被重核散射时，如图所示的运动轨迹哪些是不可能存在的？哪些是不可能存在的？答案：答案：BC练习练习4：卢瑟福对卢瑟福对粒子散射实验的解释是（粒子散射实验的解释是（ ） A. 使使粒子产生偏转的力主要是原子中电子对粒子产生偏转的力主要是原子中电子对粒子粒子的作用力；的作用力； B. 使使粒子产生偏转的力主要是

11、库仑力；粒子产生偏转的力主要是库仑力； C. 原子核很小，原子核很小，粒子接近它的机会很少，所以绝粒子接近它的机会很少，所以绝大多数的大多数的粒子仍沿原来的方向前进；粒子仍沿原来的方向前进； D. 能产生大角度偏转的能产生大角度偏转的粒子是穿过原子时离原子粒子是穿过原子时离原子核近的核近的粒子。粒子。BCD问题问题7-1R = 1.1010 m其其中中叫叫里里德德伯伯常常量量,.,n,nR543121122 221111nR ,n432， 221311nR ,n654 221411nR ,n765 221511nR ,n876 核外电子绕核运动核外电子绕核运动辐射电磁波辐射电磁波电子轨道半径连

12、续变小电子轨道半径连续变小原子不稳定原子不稳定辐射电磁波频率连续变化辐射电磁波频率连续变化vFree+e+e针对原子核式结构模型提出针对原子核式结构模型提出m rv针对原子的稳定性提出针对原子的稳定性提出m基基态态激激发发态态（电子克服库仑引力做功（电子克服库仑引力做功 增大电势能增大电势能 原子的能量增加）原子的能量增加）吸收光子吸收光子（电子所受库仑力做正功（电子所受库仑力做正功 减小电势能减小电势能 原子的能量减少）原子的能量减少）v 针对原子光谱是线状谱提出针对原子光谱是线状谱提出nmEEhv v nmEEhv 12rnrn ).(eVEEnEn6131112 321 , nnmr05

13、301. 13.6-3.4-1.51-0.85-0.540 eV-13.6 eV-3.40 eV-1.51 eV-0.85 eV-0.54 eV 0n=1n=2n=3n=4n=5n= 212211nR,n543 n=6n=5n=4n=1n=3n=2HHHH221111()3,4,5,.2Rnnm7巴耳末公式 R=1.10 10里德伯常量vc Ehc HHHHn=6n=5n=4n=1n=3n=2巴尔末系巴尔末系 氢吸收光谱氢吸收光谱否定否定建立建立12rnrn nmr05301. nmEEhv 1、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（、对玻尔理论的下列说法中，正确的是（ ） A、继承了卢瑟福的原子

14、模型，但对原子能量、继承了卢瑟福的原子模型，但对原子能量和电子轨道引入了量子化假设和电子轨道引入了量子化假设 B、对经典电磁理论中关于、对经典电磁理论中关于“做加速运动的电做加速运动的电荷要辐射电磁波荷要辐射电磁波”的观点表示赞同的观点表示赞同 C、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与、用能量转化与守恒建立了原子发光频率与原子能量变化之间的定量关系原子能量变化之间的定量关系 D、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用、玻尔的两个公式是在他的理论基础上利用经典电磁理论和牛顿力学计算出来的经典电磁理论和牛顿力学计算出来的ACD2、下面关于玻尔理论的解释中，不正确的说法是、下面关于玻尔理论的解释中，不

15、正确的说法是（ ） A、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个、原子只能处于一系列不连续的状态中，每个状态都对应一定的能量状态都对应一定的能量 B、只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量、只要能量状态不改变，就不会向外辐射能量 C、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，一定是辐射一定频率的光子是辐射一定频率的光子 D、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，、原子的每一个能量状态都对应一个电子轨道，并且这些轨道是不连续的并且这些轨道是不连续的C3、根据玻尔理论，氢原子中，量子数、根据玻尔理论，氢原子中，量子数n 越大，则下列说越大，则下列说法中正确的是（法中正确的是（ ）A、电子轨道半径越大、电子轨道半径越大 B、核外电子的速率越大、核外电子的速率越大C、氢原子能级的能量越大、氢原子能级的能量越大 D、核外电子的电势能越大、核外电子的电势能越大4、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半、根据玻尔的原子理论，原子中电子绕核运动的半径（径（ ）A、可以取任意值、可以取任意值 B、可以在某一范围内取任意值、可以在某一范围内取任意值C、可以取一系列不连续的任意值、可以取一系列不连续的任意值D、是一系列不连续的特定值、是一系列不连续的特定值DACD5、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一个半径为、按照玻尔理论，一个氢原子中的电子从一个半径为ra的圆轨